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Performance-based seismic vulnerability evaluation of existing buildings in old sectors of Quebec

Karbassi, Amin (2010). Performance-based seismic vulnerability evaluation of existing buildings in old sectors of Quebec. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

To perform a seismic vulnerability evaluation for the existing buildings in old sectors of Quebec, two major tools at two different levels are missing: first, in the context of the seismic vulnerability assessment of a group of buildings, an updated rapid visual screening method which complies with the Uniform Hazard Spectra presented in the 2005 version of the National Building Code of Canada (NBCC) does not exist; and second, in the context of loss estimation studies, capacity and fragility curves which are developed based on the specific building typologies present in those sectors are required. In this research work, in the first place, a building classification for the existing buildings in old sectors of Quebec considering the masonry as the main construction material is proposed. Later, an updated rapid visual screening method—in the form of vulnerability indices for different typologies and cities in Quebec—which is adapted to the Uniform Hazard Spectra in NBCC 2005 is proposed. The structural vulnerability indices (SVI) are calculated through the application of the improved nonlinear static analysis procedure in FEMA 440 Improvement of nonlinear static seismic analysis procedures for three levels of seismic hazard. A set of index modifiers are also presented for the building height, irregularities, and the design and construction year. To deal with the second problem, on the other hand, a performance-based seismic vulnerability evaluation method is applied to examine the structural performance of two buildings—a 6-storey industrial masonry building and a 5-storey concrete frame with masonry infill walls, as two of the building classes constructed vastly in old sectors in Quebec—at multiple seismic demand levels. The results of such an assessment are used to develop dynamic capacity and fragility curves for the target buildings. The Applied Element Method is used here as an alternative to FE-based methods to conduct a thorough 4-step performance-based seismic vulnerability evaluation. To this end, the Incremental Dynamic Analyses (IDA) for the buildings are carried out using various sets of synthetic and real ground motions representing three M and R categories. Consequently, the fragility curves are developed for the three structural performance levels—Immediate Occupancy, Life Safety, and Collapse Prevention. Finally, the mean annual frequencies of exceeding those performance levels are calculated by combining the data from the calculated fragility curves and those from the region’s hazard curves. The proposed method is shown to be useful to conduct seismic vulnerability evaluations in regions for which little observed damage data exists.

Titre traduit

Évaluation de la vulnérabilité sismique basée sur la performance pour des bâtiments existants dans les anciens quartiers du Québec

Résumé traduit

Actuellement, il manque deux outils importants et cela à deux niveaux différents pour l'évaluation de la vulnérabilité sismique des bâtiments existants dans les anciens quartiers du Québec. Premièrement, dans le cadre de l'évaluation de la vulnérabilité sismique d'un groupe de bâtiments, il n’y a pas de méthode d’attribution de pointage qui soit conforme aux spectres d'aléa uniforme de l’édition 2005 du Code national du bâtiment du Canada (CNBC).

Deuxièmement, pour compléter des analyses d’estimation des dommages il est nécessaire de développer des courbes de capacité et de fragilité pour les typologies spécifiques de bâtiments qu’on retrouve dans les anciens quartiers. Dans ce travail de recherche, on propose d’abord une classification typologique des bâtiments existants des anciens quartiers du Québec considérant la maçonnerie comme matériau de construction principal. Par la suite, on propose une nouvelle procédure d’évaluation rapide sur la base d’indices de vulnérabilité sismique pour les différentes typologies et villes du Québec. Un niveau de sismicité (faible, modéré ou élevé) est attribué à chaque ville selon les valeurs d'accélération spectrale de l’édition 2005 du Code national du bâtiment du Canada. Pour chaque niveau de sismicité, des indices de la vulnérabilité sismique structurale (IVS) et des modificateurs (ceux-ci considèrent la hauteur du bâtiment, les irrégularités, et les années de conception et de construction) sont calculés à partir de la procédure d’analyse statique non-linéaire améliorée du FEMA 440 « Improvement of nonlinear static seismic analysis procedures ». Pour répondre à la deuxième problématique, une méthodologie basée sur les niveaux de performance est appliquée afin d’étudier la vulnérabilité sismique de deux bâtiments à de multiples niveaux de demande sismique. Deux classes de bâtiment présentes en grande proportion dans les anciens quartiers du Québec sont considérées, soient un bâtiment industriel en maçonnerie non armée de 6 étages et un cadre en béton armé avec des remplissages en maçonnerie non armée de 5 étages. Les résultats de cette évaluation sont utilisés pour développer les courbes de capacité dynamique et les courbes de fragilité de ces bâtiments. La méthode des éléments appliqués (MEA) est utilisée ici, comme une alternative aux éléments finis, afin de faire une étude d'évaluation en quatre (4) étapes. À cette fin, une série d’analyses dynamiques incrémentales temporelles (IDA) est réalisée en utilisant des accélérogrammes synthétiques et réels représentant trois combinaisons amplitude-distance (M et R). Les courbes de fragilité sont développées pour trois niveaux de performance structurale (occupation immédiate, sécurité des occupants, et prévention de l’effondrement).

La fréquence annuelle moyenne de dépassement de ces niveaux de performance est ensuite calculée en combinant les données des courbes de fragilité à celles des courbes d’aléa de la région. Une comparaison des courbes de fragilité développées dans ce travail de recherche avec les courbes de fragilité de HAZUS est présentée et les différences et les similarités sont discutées. Il est démontré que la méthode proposée ici est efficace pour réaliser des évaluations de vulnérabilité sismique dans les régions pour lesquelles il existe peu de données sur les dommages observés.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy". Bibliogr. : f. [150]-157.
Mots-clés libres: Constructions, Effets des tremblements de terre sur les Évaluation Québec (Province) Constructions, Effets des tremblements de terre sur les Modèles mathématiques Québec (Province) méthode des éléments appliqués, maçonnerie, analyse dynamique incrémentale temporelle, méthode d’attribution de pointage, niveaux de performance
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Nollet, Marie-José
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 18 nov. 2010 16:23
Dernière modification: 07 févr. 2017 20:56
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/304

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